Ocena możliwosci wykorzystania rurki kapilarnej jako elementu

POLITECHNIKA GDAŃSKA
WYDZIAŁ MECHANICZNY
Seminarium z przedmiotu
AUTOMATYKA CHŁODNICZA I KLIMATYZACYJNA
Temat: Ocena możliwości wykorzystania rurki kapilarnej jako elementu
dławiącego w tzw. klimatyzatorach samochodowych pracujących przy
silnie zmiennych obciążeniach cieplnych.
Wykonał: Rafał Andrzejczyk
Sem.9
1
SUCHiKL
Spis treści
1. Definicja rurki kapilarnej .............................................................................. 3
2. Zastosowanie rurki kapilarnej w klimatyzacji samochodowej. .................. 3
3. Analiza przydatności rurki kapilarnej w zmiennych warunkach pracy. 3-4
4. Elementy utrudniające eksploatację urządzenia z rurką kapilarną. ....... 4-6
5. Możliwości jakie daje zastosowanie rurki kapilarnej. ................................. 7
6. Dobór układu chłodniczego z rurką kapilarną. ......................................... 7-8
7. Wnioski. ............................................................................................................. 8
8. Literatura. ......................................................................................................... 9
2
1. Definicja rurki kapilarnej.
Rurka kapilarna – stanowi najprostszy element dławiący wykorzystywany do
regulacji przepływu czynnika chłodniczego. Klasycznie rurkę kapilarną stosuję się w
małych urządzeniach chłodniczych: chłodziarkach, zamrażarkach skrzyniowych,
małych przemysłowych szafach chłodniczych ale także w klimatyzatorach.
Rys. 1.1 Rurka kapilarna[6]
2. Zastosowanie rurki kapilarnej w klimatyzacji samochodowej.
Głównymi zaletami rurki kapilarnej jest jej prostota i niezawodność działania dlatego
też coraz częściej znajduje ona zastosowanie w klimatyzacji samochodowej, która to
obecnie staje się powszechnym wyposażeniem samochodów. Mało tego przez niektóre
osoby uważane jest za element bezpieczeństwa , zgodnie z pytaniem jakie stawia
przed nami jedna z firm produkujących systemy klimatyzacji samochodowej:
„Czy kierowca, który prowadzi samochód przebywając kilka godzin w kabinie gdzie
temperatura wynosi ponad 30 °C stopni zachowuje pełną sprawność psychofizyczną
?"
3. Analiza
przydatności
rurki
kapilarnej
w
zmiennych
warunkach pracy.
3
Na rysunku 1.1 widzimy klasyczny układ klimatyzacji stosowany w
samochodach.
Rys. 3.1 A)Schemat blokowy chłodniczego urządzenia klimatyzacji
samochodowej; B)Rozmieszczenie elementów układu wentylacji w kabinie
samochodu osobowego 1-wentylator; 2-parownik; 3-nagrzewnica; 4obudowa; 5-nawiewniki[5]
W rozwiązaniach tych stosowany jest termostatyczny zawór rozprężny ze względu na
takie jego cechy jak:
•
zwarta budowa ;
•
uzyskanie stałego napełnienia parownika;
•
umożliwienie w dużym zakresie regulowania temperatury chłodzonego powietrza;
•
dbanie o maksymalne wykorzystanie powierzchni parownika;
Mimo to pewne cechy rurki kapilarnej predystynują ją do bycia przedmiotem
zainteresowania firm zajmujących się systemami do klimatyzacji samochodowej.
4. Elementy utrudniające eksploatację urządzenia z rurką
kapilarną.
Na podstawie rys.4.1 możemy wyraźnie stwierdzić , iż rurka kapilarna jest
elementem potrafiącym dokonywać samoregulacji układu ,ponieważ w pewnym zakresie
wraz ze wzrostem ciśnienia skraplania czyli różnicy, pomiędzy ciśnieniem parowania a
skraplania. Jest to cecha niewątpliwie pozytywna w porównaniu z TZR , ale należy
4
zauważyć , iż po osiągnięciu pewnego określonego stosunku
następuje
zahamowanie zwiększania przepływu czynnika roboczego , może to spowodować zbyt
częste włączanie się urządzenia i skrócenie żywotności sprężarki. Spowodowane jest to
osiągnięciem na końcu króćca wylotowego rurki lokalnej prędkości dźwięku.
Rys.4.1 Przepustowość rurki kapilarnej w funkcji stosunku ciśnienia parowania do ciśnienia
skraplania.[1]
Trzeba zdać sobie sprawę że rurka kapilarna jest elementem dobieranym na określone dosyć
wąskie warunki co wyraźnie kłóci się z zasadniczą cechą klimatyzatora samochodowego.
Wymienniki ciepła są w nim chłodzone powietrzem zewnętrznym, którego prędkość
przepływu zmienia się w zależności od prędkości pojazdu co wpływa na współczynnik
przenikania ciepła k a ten według prawa Pecleta(4.1) ma znaczący wpływ na strumień
przenikającego ciepła:
∆
(4.1)
Zmienność tego współczynnika powoduje wahania wielkości strumienia odbieranego ciepła.
To z kolei wpływa na wahania wydajności chłodniczej. Widać to na rys.4.2:. Występuje tu
pole tolerancji w którym może się zmieniać temperatura parowania i skraplania czynnika
chłodniczego tak aby możliwa była praca urządzenia , rurka nie zatyka się .
5
Rys. 4.2 .Krzywa równowagi wydajności chłodniczej rurki kapilarnej w układzie współrzędnych: temperatura
parowania temperatura skraplania. Zaznaczony został „nominalny” punkt pracy urządzenia –punkt A.[1]
Kolejna wada rurki kapilarnej to jej szybkie zabrudzenie brudem i nagarem
olejowym w wyniku czego zatyka się ona nieraz całkowicie uniemożliwiając pracę
urządzenia . Obecnie jednak nie stanowi to żadnego problemu , przykładem jest poniższe
rozwiązanie w którym zastosowano specjalną siatkę zatrzymującą zanieczyszczenia przed
elementem dławiącym i uszczelnienie zabezpieczające przepływ czynnika między stroną
ssawną i tłoczną rys.4.3:
Rys. 4.3 Elementy regulacji dławienia w obiegu czynnika chłodniczego:1- siatka zatrzymująca zanieczyszczenia ; 2pisrścień uszczelniający zapewniający szczelność pomiędzy stroną niskiego i wysokiego ciśnienia.[2]
6
5. Możliwości jakie daje zastosowanie rurki kapilarnej.
Przyjrzyjmy się układowi typowej klimatyzacji samochodowej ze stałym elementem
dławiącym jakim jest rurka kapilarna. Przedstawiono tutaj standardową sytuację w jakiej
pracuje klimatyzator samochodowy , temperatura wewnątrz kabiny sięga 28 C na
zewnątrz jest o 3 C niższa Rys.5.1:
Rys. 5.1 . Schemat obiegu czynnika chłodniczego: 1-sprężarka, 2-skraplacz, 3-parownik, 4-dławik, 5-odwadniaczosuszacz ,A-czynnik chłodniczy w postaci gazu pod wysokim ciśnieniem, B- czynnik chłodniczy w postaci gazu pod
niskim ciśnieniem, C-czynnik chłodniczy w stanie ciekłym pod wysokim ciśnieniem, D-czynnik chłodniczy w stanie
ciekłym pod niskim ciśnieniem;[2]
Dla przyjętych warunków , rurka kapilarna jest urządzeniem bardzo efektywnym.
W układzie dokonuje się samoregulacja a przepływ czynnika jest płynny.. Zastosowanie
układu chłodniczego z rurką kapilarna daje możliwość znacznego zmniejszenia jego
wielkości. Dzięki wspomnianemu zjawisku samoregulacji układu po jego zatrzymaniu ,
następuj wyrównanie ciśnień (odparowanie reszty czynnik), dzięki temu sprężarka nie
jest obciążona momentem rozruchowym i może być dobierana w znacznie mniejszym
zakresie mocy. W rzeczywistości jednak rzadko spotykamy taką stałość warunków
zewnętrznych.
6. Dobór układu chłodniczego z rurka kapilarną.
7
Przy różnych od obliczeniowych warunkach pracy , np. przy obniżeniu temperatury zewnętrznej od
25 C do 15 C następuje obniżenie ciśnienia i temperatury w skraplaczu i jednocześnie zmniejszenie
przepływu czynnika chłodniczego przez kapilarę , wzrasta natomiast moc chłodnicza sprężarki.(ale
w wyniku samoregulacji następuje szybkie wyrównoważenie) W odwrotnej jednak sytuacji , gdy
temperatura zewnętrzna wzrośnie np. do 45 C to wówczas cały czynnik chłodniczy przepływa przez
rurkę co powoduje gwałtowny spadek jej wydajności , tak że zdolność skraplania pary zmniejsza
się kilkakrotnie . w końcu ciśnienie w skraplaczu podnosi się a para przesyłana do rurki jest
dawkami. Rys.6.1
Rys. 6.1 Schemat zasilania parownika rurka kapilarną: a0 schemat urządzenia chłodniczego; b)wykres spadku
wydajności chłodniczej przy odchyleniu od obliczeniowych warunków pracy, 1-rurka kapilarna,2-sprężarka, 3parowni,4-skraplacz,tz-temperatura zewnętrzna[3]
Dlatego też metodami doświadczalnymi ważne jest aby dobrać właściwe napełnienie
parownika , tak aby uniknąć wyżej wymienionych negartwnych skutków zmiany
warunków obliczeniowych lub właściwe dobranie średnicy i długości kapilary oraz
materiału z którego jest wykonana. Są to poważne sumy pieniędzy.
Ale nadal są prowadzone te badania gdyż oszczędności w szczególności na energii
zasilającej sprężarkę i możliwości zmniejszenia urządzenia są ogromne.
7. Wnioski.
Dzięki odpowiedniemu dobraniu rurki kapilarnej , do warunków pracy danej
instalacji chłodniczej jesteśmy w stanie uzyskać:
•
znaczną zwartości urządzenia;
•
multiblokowość wykonania;
•
niezawodność systemu ;
•
tanią eksploatację bez mnogości elementów regulacyjnych;
8
8. Literatura.
1. D.Butrymowicz,I.Kornecki:Rurka kapilarna raz jeszcze,”Technika Chłodnicza
i Klimatyzacyjna” 1996 nr 5 s.207-209
2. Ulrich Dech,Klimatyzacja w samochodzie,Wyd. Komunikacji i Łączności
,Warszawa 2005
3. F.Dworski,A.Wesołowski, Automatyka Urządzeń Chłodniczych, WNT
,Warszawa 1984.
4. Hans-Jurgen Ullirich, Technika Chłodnicza Tom 1,IPPU Masta , Gdańsk 1998
5. Dr Waldemar Targański: Klimatyzacja pojazdów- Problemy i sposobi ich
rozwiiązywania, „Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna”, 2002 nr 2 s 5358,1999 nr 9 s.356-361
6. WWW.danpol.pl [strona dostępna [20.11.2009]
9